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圆球上浮运动性能的尺度相关性研究
| 论文题名： | 圆球上浮运动性能的尺度相关性研究 |
| 关键词： | 海洋结构物;上浮运动;数值模拟;水动力 |
| 摘要： | 近年来，随着海洋强国战略的实施，国家将越来越多的人力物力投入到了海洋资源的开发利用中。浮标、逃生舱、深潜器等结构物作为海洋资源开发的重要工具，有众多学者对它们各方面的性能开展研究，但却鲜少有人研究不同尺度结构物上浮性能之间的相关性。鉴于此，本文以圆球作为研究对象，对其上浮运动性能的尺度相关性开展了研究，并探究了上浮运动中存在的共同特性和重心位置及侧向来流对圆球上浮运动的影响。 本文首先建立了一种对静水中圆球的上浮运动进行计算模拟的数值模拟方法，通过模型试验验证了该方法的有效性。然后对多个不同尺度圆球的上浮运动进行了模拟分析研究；研究发现圆球在稳定上浮阶段的阻力系数大致为常数1，不随雷诺数变化而产生较大变化；若两个圆球满足相似条件且尺度之比为λ，则它们的稳定速度之比和上浮总时间之比大致为√λ。 通过分析不同属性圆球的上浮运动发现圆球的上浮运动可分为加速上浮阶段、减速上浮阶段和稳定上浮阶段，相比其它学者研究圆球上浮运动时的阶段划分多了减速上浮阶段，其产生原因主要是圆球上浮时出现侧向运动；圆球在加速上浮阶段是一个垂直上浮的过程；侧向运动会使圆球上浮时的阻力大于给定速度下的圆球阻力。 最后研究了重心位置和侧向来流对圆球上浮运动的影响，得出了如下规律：重心位置主要影响圆球的上浮稳定速度，重心与浮心距离越大，圆球的上浮稳定速度也越大；侧向来流主要影响圆球的上浮最大速度，侧向来流会使得圆球的上浮最大速度减小。 本文建立的圆球上浮运动数值模拟方法对于其它结构物的上浮运动研究具有一定的借鉴意义，分析总结出的与圆球上浮运动相关的研究结论对于海洋结构物的开发和设计具有一定参考价值。 |
| 作者： | 陈林 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 孙江龙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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